Диссертация (1091842), страница 14
Текст из файла (страница 14)
Как видно из таблицы 3.16, все три значения близки междусобой, однако погрешность определения углов методом касательной оказалась гораздо78выше. Поскольку минимальная погрешность получена при использовании «методаперегиба», было решено использовать его в дальнейшей работе.Используя значения контактных углов по «методу перегиба», определялисвободную поверхностную энергию углеродного волокна с использованием уравнениягармонического среднего. Результаты приведены в таблице 3.17.Таблица 3.17 – СПЭ и ее составляющие для углеродного волокна и стекловолокна.Образецγ, мДж/м2γd, мДж/м2γр, мДж/м2УВ41,441,00,4СВ39,528,311,2Как видно из приведенных расчетов, углеродное волокно имеет низкуюполярность, поскольку более чем на 90% состоит из углерода. Однако, как указывалосьв разделе 1.11, в его структуру входят кислород и азотсодержащие группы.
Примерноестроение кислородсодержащих групп показано на рисунке 1.10. Наличие этих группприводит к появлению в величине поверхностной энергии незначительной полярнойсоставляющей. По нашим расчетам эта величина составляет порядка 0,4 мН/м.Стекловолокно, напротив, имеет большое количество полярных групп, поэтомузначение полярной составляющей дя него существенно выше.С целью проверки адекватности представленных расчетов ниже приведеныполученные нами данные о величинах СПЭ для ряда широко используемыхнаполнителей – технического углерода (ТУ), графита, SiO2 и кварца. Значения СПЭ дляэтих наполнителей, рассчитанные с использованием уравнения гармонического среднегои значений контактных углов, полученных методом лежачей капли, показаны в таблице3.18.79Таблица 3.18 – Значения СПЭ и ее составляющих для наполнителейНаполнительγs, мДж/м2γsd, мДж/м2γsp, мДж/м2ТУГрафит57,563,755,661 ,71,92,0SiO240,232,18,1Кварц65,134,530,7Полученные результаты хорошо согласуются с литературными данными,приведенными в таблице 1.1.
Если сравнить полученные значения СПЭ УВ и СПЭ ТУ играфита из таблицы 3.18 можно увидеть, что они очень близки, по причине близостиструктуры их поверхностей, причем СПЭ УВ ближе к СПЭ сажи. Найденные значенияСПЭ углеродного волокна использовали для расчета МН границе раздела полимер/УВ.3.4.Расчет межфазных натяжений на границе раздела полимер/полимерЗначения межфазных натяжений для различных смесей полимеров былирассчитаны с использованием уравнений геометрического (OW),гармоническогосреднего (Wu), OCG и Neuman'а (уравнения 1.21, 1.26, 1.27, 1.33).
Для расчетов поуравнению Neumann использовали значения СПЭ найденные методами Zisman‘а иNeumann‘а. В таблице 3.19 представлены результаты расчетов для смесей термопластовпри 21⁰С.80Системы термопласт/термопластТаблица 3.19 – Значения межфазных натяженийдля нескольких полимерных пар,рассчитанные по уравнениям OW, Wu, OCG, Neumann'а при 21°С в сравнении сизвестными литературными даннымиМежфазное натяжение, мДж/м2ПолимернаяпараOWWu*ПС/ПММА0,81,50,50,10,13,2ПП/ПММА3,96,42,32,62,0-ПЭВП/ПС2,13,31,90,80,75,6ПП/ПС1,32,51,11,10,9-ПЭВП/ПММА5,47,82,42,02,011,8ПП/ПЭВП0,51,50,50,050,041,1 (150°С)ПЭВП/ТПУ9,713,34,12,62,4-ПС/ТПУ3,05,52.0---СЭВ/ТПУ4,78,12,1---OCG Neum** Neum.*** Литер.
[114]*Для расчета использовались значения СПЭ, полученные поуравнению OW из таблицы 3.4.** Для расчета использовались значения СПЭ, найденные по уравнениюNeumann‘а.*** Для расчета использовались значения СПЭ, найденные по методуZisman‘аИспользование уравнений Neumann'а, OCG и OW, вне зависимости отиспользуемых значений СПЭ, дает заниженные величины межфазных натяжений.Уравнениегармоническогосреднегопозволяетполучитьнаиболееблизкиеклитературным значения МН, поэтому его решено использовать в дальнейших расчетах.Поскольку смеси термопластов готовили при 200°С, то межфазное натяжение такженеобходимо рассчитать для этой температуры.
Расчет проводили по уравнениюгармонического среднего, используя значения СПЭ (для 200°С), взятые из таблицы 3.6.Результаты приведены в таблице 3.20.81Таблица 3.20 – Значения межфазных натяжений (мДж/м2), рассчитанные для 200°С сиспользованием уравнения гармонического (Wu) среднегоМежфазное натяжениеПолимернаяпараWuЛитер. данные [источник]ПЭВП/ПП0,91,1 [84]ПЭВП/ПС3,04,1 [244]ПП/ПС2,02,1 [75], 3,5 [77]ПЭВП/ПММА6,28,6 [77, 114], 8,7 [217]ПП/ПММА5,15,7 [77]ПС/ПММА1,00,8 [114], 1,3 [217]ПА-12/ПЭВП7,2-ПА-12/ПС2,2-ПЭО/СЭВ-184,85,5 [114]ПЭВП/СЭВ-181,41,1 [114]ПЭВП/ПЭО8,28,7 [114]ПЭО/ПС3.2-ПММА/ПБТ0,1-ПС/ПБТ1,4-СЭВ/ПС0.30,3 [114]Примечание - для расчета МН использовали значенияСПЭ, полученные по уравнению ОW (таблица 3.6).Значения МН, полученные с использованием уравнения Wu (таблица 3.20),достаточно близки к литературным данным, однако не исключены и заметныерасхождения характерные в основном для смесей полимеров, компоненты которыхсильно различаются по полярности.
Здесь стоит отметить, что данные по МН из разныхлитературных источников могут довольно сильно различаться между собой. Например, вработе [74], межфазные натяжения, полученные для системы ПА-6/ПС с использованиемпяти различных методов, изменяются от 2,7 до 6,8 мДж/м2. В работе [250] для этой жесистемы получен результат 20.0 мДж/м2. Поэтому можно сделать вывод, что, несмотряна критику уравнения гармонического среднего со стороны ряда авторов, оно пока82остается наиболее популярным и надежным по сравнению с другими способами расчетамежфазного натяжения для смесей полимеров.Системы термопласт/эластомер и эластомер/эластомерС использованием уравнения гармонического среднего были рассчитаны значениямежфазных натяжений для ряда смесей эластомеров и смесей эластомер/термопласт,которые отсутствуют в литературе.
Поскольку смешение эластомеров проводилось навальцах при комнатной температуре, то для расчета МН использовали значения СПЭ иее составляющих, найденные для температуры 21°С (таблица 3.5). Результаты расчетаприведены в таблицах 3.21.1 и 3.21.2.Таблица 3.21.1 – Значения межфазного натяжения для систем термопласт/эластомер,рассчитанные по уравнению гармонического среднего (21°С)Полимерная параМН, мДж/м2ПЭВП/СКИ0,1ТПУ/СЭВ-336,7ПЭВП/СКМС0,4ТПУ/СКД12,0ПЭВП/СКД1,3ТПУ/БНКС-400,2ПЭВП/СКЭП1,0ТПУ/СКИ12,8ПЭВП/СКЭПТ0,5ТПУ/СКЭП11,1ПЭВП/СЭВ-332,6ПЭО/СКД12,0ПЭВП/СКН-267,5ПЭО/СКЭП10,0ПЭВП/БНКС-4015,7ПЭО/БНКС-400,2ПЭВП/ХСПЭ14,3ПММА/СКИ7,3ПП/СКИ0,5ПММА/СКД7,2ПП/СКЭП0,4ПММА/СКЭП7,3ПП/СКН-266,2ПММА/СКМС6,0ПП/БНКС-4013,8ПММА/БНКС-402,5ПП/СКМС0,4ПММА/ХСПЭ2,4ПП/ХСПЭ11,7ПММА/СКИ1,4ПП/СКМС0,4СЭВ-18/СКД0,8Полимерная параМН, мДж/м283Продолжение таблицы 3.21.1ПС/СКИ2,9СЭВ-18/СКЭП1,0ПС/СКЭП3,9СЭВ-18/СКМС0,8ПС/СКМС1,9СЭВ-18/СКН-261,6ПС/СКН-261,4СЭВ-18/БНКС-4010,4ПС/БНКС-407,4СЭВ-18/ХСПЭ8,6Таблица 3.21.2 – Значения межфазного натяжения для эластомеров, рассчитанные поуравнению гармонического среднего (21°С)Полимерная параМН, мДж/м2Полимерная параМН, мДж/м2СКИ/СКД1,3СКД/СКМС1,3СКИ/СКЭП1,9СКД/СКЭП0,1СКИ/СКЭПТ0,6СКД/СКЭПТ3,0СКИ/СКМС0,3СКД/СКН-180,7СКИ/СКН-180,7СКД/СКН-266,7СКИ/СКН-267,0СКД/БНКС-4013,9СКИ/БНКС-4015,2СКД/БК0,4СКИ/БК2,8СКД/ББК0,4СКИ/ББК2,0СКД/ХБК2,0СКИ/ХБК3,8СКД/ХСПЭСКИ/ХСПЭ13,6СКЭПТ/СКН-182,0СКМС/СКЭПТ1,1СКЭПТ/СКН-268,9СКМС/СКЭП1,8СКЭПТ/БНКС-4017,3СКМС/СКН-180,3СКЭПТ/БК5,0СКМС/СКН-265,7СКЭПТ/ХСПЭ16,1СКМС/БНКС-4013,7СКЭПТ/СКЭП3,811,1384Продолжение таблицы 3.21.2СКМС/БК2,6СКЭПТ/ХБК4,0СКМС/ХСПЭ12,3СКЭП/БНКС-4013,7СКН-18/СКЭП1,1СКЭП/БК0,2СКН-18/СКН-264,6СКЭП/ХБК1,9СКН-18/БНКС-4012,1СКЭП/ХСПЭ10,7СКН-18/БК6,5БК/ХСПЭ9,8СКН-18/ХСПЭ2,4ХСПЭ/ББК8,6СКН-26/СКН-402,7ХСПЭ/ХБК5,0СКН-26/БК6,5БНКС-40/БК13,0СКН-26/ХБК2,0БНКС-40/ХБК7,0СКН-26/ХСПЭ2,4БНКС-40/ХСПЭ0,6Подводя итог данной главе отметим, что наиболее адекватные значения величиныСПЭ и ее составляющих, как для полимеров, так и для наполнителей были получены сиспользованием уравнения геометрического среднего (OW) и системы вода-ДМСО.
Длярасчета межфазных натяжений в системах полимер-полимер и полимер-наполнительнаиболее корректные результаты были получены с использованием уравнениягармонического среднего Wu.85Глава 4. Морфология и свойства тройных смесей полимеров с капсулированнымифазами4.1.Прогнозирование фазовой морфологии и выбор компонентов тройных смесейполимеровПолученные значения межфазных натяжений для рада смесей эластомеров итермопластов использовались для прогнозирования морфологии тройных композиций,на основе теории коэффициентов растекания Torza и Maison'а (уравнение 1.10). Крометого, был опробован способ, в котором вместо межфазных натяжений использовалипараметры растворимости (таблица 3.14).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
